[发明专利]高耐热性、高强度Co基合金及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及适于要求高温强度的用途或要求高强度、高弹性的用途等的Co基合金及其制造方法。

背景技术

燃气轮机构件、飞机发动机构件、化工厂构件、涡轮增压器转子等汽车用发动机构件、高温炉构件等，要求在高温环境下具有强度，有时还要求具有优异的耐氧化性。因此，在这种高温用途中开始使用Ni基合金或Co基合金。例如，在涡轮机叶片等代表性耐热材料中，有用Ll₂结构的γ’相：Ni₃(Al，Ti)加强的Ni基超级合金。γ’相呈现随着温度上升强度也升高的逆温度依赖性，故适合于耐热材料的高强度化。

在必需耐腐蚀性及延展性的高温用途中，使用Co基合金而非Ni基合金。Co基合金，通过M₂₃C₆或MC型炭化物得到高强度化。有报告提出了与Ni基合金的γ’相的结晶结构相同的具有Ll₂结构的Co₃Ti，Co₃Ta等作为强化相，但Co₃Ti熔点低，Co₃Ta在高温下缺乏稳定性。因此，在采用Co₃Ti或Co₃Ta作为强化相的材料中，即使通过添加合金元素，其使用温度的上限也不过在750℃左右。在特开昭59-129746号公报中也有报告通过添加Ni、Al、Ti等而由于γ’相[Ni₃(Al，Ti)]析出强化，但是，没有像Ni基合金那样得到显著的强化。也进行了研究采用具有类似γ’相结晶结构的E2₁型金属间化合物Co₃AlC相的析出强化(特开平10-102175号公报)，但未达到实用。

发明内容

本发明人等对对Co基合金的强化有效的析出物进行了种种调查探讨。其结果是发现了Ll₂结构的三元化合物Co₃(Al，W)，并探明了该三元化合物是有效的强化因子。Co₃(Al，W)具有与Ni基合金的主要强化相Ni₃Al(γ’)相相同的结晶结构，与基体的整合性良好，可以均匀的细微析出，因而，有助于高强度化。

本发明的目的是，以上述认识为基础，提供一种Co基合金，其通过使高熔点的Co₃(Al，W)析出分散而高强度化，呈现与原来的Ni基合金相匹敌的耐热性，组织稳定性也优良。

本发明的Co基合金，以质量比Al：0.1～10％、W：3.0～45％、Co：实质上为余量作为基本组成，根据需要，含有选自组(I)及/或(II)的一种或两种以上的合金成份。另外，当添加组(I)的合金成份时，其合计含量选在0.001～2.0％的范围，而添加组(II)的合金成份时，其合计含量选在0.1～50％的范围内。

组(I)：0.001～1％的B、0.001～2.0％的C、0.01～1.0％的Y、0.01～1.0％的La或稀土元素(Mischmetall)。

组(II)：50％以下的Ni、50％以下的Ir、10％以下的Fe、20％以下的Cr、15％以下的Mo、10％以下的Re、10％以下的Ru、10％以下的Ti、20％以下的Nb、10％以下的Zr、10％以下的V、20％以下的Ta、10％以下的Hf。

Co基合金，其基体上具有Ll₂型金属间化合物[Co₃(Al，W)]析出的二相(γ+γ’)组织。在添加了组(II)中的合金成分的成分体系中，Ll₂型金属间化合物，用(Co，X)₃(Al，W，Z)表示。式中，X为Ir、Fe、Cr、Re及/或Ru，Z为Mo、Ti、Nb、Zr、V、Ta及/或Hf，Ni进入X、Z两者。另外，下标表示各元素的原子比。

金属间化合物[Co₃(Al，W)]或[(Co，X)₃(Al，W，Z)]，是通过把调整至规定组成的Co基合金于1100～1400℃熔化后，在500～1100℃温度范围进行时效处理而析出。时效处理至少进行1次，或反复进行数次。

附图说明

图1是表示各元素相对于基体、γ’相的分配系数图。

图2是表示Co-3.6Al-27.3W合金时效材料的组织的SEM图像。

图3是表示Co-3.7Al-21.1W合金时效材料的二相组织的TEM图像。

图4是表示Co-3.7Al-21.1W合金时效材料的Ll₂型结构的电子衍射图像。